Oplození si obvykle představujeme jako zběsilý závod, v němž miliony spermií soupeří o jedinou odměnu. Nová studie evolučních biologů ze Syracuse University, univerzity v italské Sieně a maďarské univerzity v Segedíně ale odhaluje překvapivější realitu: úspěch může záviset méně na soupeření a více na spolupráci. Tým se zaměřil na členovce a zjistil, že jejich spermie se v mnoha případech spojují do koordinovaných skupin, aby zvýšily své šance dosáhnout vajíčka. Výsledky vyšly v časopise Nature Communications.
- U členovců se spermie často spojují do skupin – jev známý jako konjugace spermií.
- Studie naznačuje, že tento způsob je mnohem rozšířenější, než se dosud předpokládalo, a v evoluci vznikl opakovaně.
- Poznatky by mohly ovlivnit výzkum plodnosti i nové strategie hubení škůdců.
Členovci tvoří velkou a rozmanitou část živočišné říše – patří sem pavouci, korýši, hmyz i stonožky. Vědci zkoumali okamžiky v evoluční historii, kdy spermie těchto tvorů pracovaly v koordinovaných skupinách a vytvářely struktury, které zlepšovaly jejich šanci na oplození. Právě tento proces, konjugace spermií, podle badatelů mění dosavadní představy o rozmnožování a evoluci.
Místo sólového závodu sehraný tým veslařů
Konjugaci spermií si lze představit jako sehranou posádku veslařů. Ačkoli byl jev poprvé popsán už před více než sto lety, dlouho se předpokládalo, že je vzácný. Nová zjištění naopak naznačují, že je mezi členovci rozšířený a v průběhu času se vyvinul opakovaně.
„Oplození je často vnímáno jako soupeření jednotlivých spermií, ale u mnoha druhů vidíme buňky, které spolupracují způsoby, jež mohou ovlivnit reprodukční úspěch,“ říká Steve Dorus, profesor biologie na Syracuse University a spoluautor studie.
U řady druhů závisí tato koordinace na materiálu spojeném se spermiemi (sperm-associated material, SAM) – membránové látce, která dokáže spermie svázat dohromady nebo vytvořit vnější struktury organizující je do skupin. Vědci se domnívají, že SAM mohl hrát klíčovou roli při vzniku konjugace a původně se vyvinul jako způsob, jak spermie zabalit nebo chránit.
Osamocená spermie čelí složité a náročné cestě samičím pohlavním ústrojím. Ve skupině mohou spermie získat výhody v pohybu, koordinaci nebo funkci – z rozmnožování se tak stává týmová práce místo sólového závodu.
Tento poznatek zpochybňuje dlouho zažité představy o plodnosti. Namísto zaměření pouze na výkon jednotlivých spermií musí vědci nově zvažovat, jak reprodukční úspěch ovlivňuje kolektivní chování.
Evoluce jako laboratoř, která opakuje týž pokus
Zvlášť pozoruhodné je podle týmu to, jak často konjugace spermií v evoluční historii vznikala a zase mizela. Poprvé se objevila před stovkami milionů let a byla mnohokrát získána i ztracena u různých druhů. Studie zjistila, že konjugované spermie měl už předek všeho hmyzu.
Aby tyto vzorce odhalili, provedli vědci rozsáhlou srovnávací analýzu tvaru spermií napříč členovci a čerpali z desetiletí publikovaných studií. Porovnáním znaků spermií u stovek různých druhů a jejich zanesením do evolučního rodokmenu zrekonstruovali, kdy se různé formy spolupráce spermií pravděpodobně vyvinuly a jak často byly ztraceny či znovu získány. Evoluční časová osa ukazuje, jak se konjugace a SAM objevovaly napříč hlavními skupinami živočichů během posledních 600 milionů let.
„Evoluce v podstatě znovu a znovu spouštěla týž pokus u různých skupin členovců,“ říká R. Antonio Gomez, hlavní autor studie a postdoktorand katedry biologie. „To nám umožňuje vidět nejen to, kdy spolupráce spermií vzniká, ale i to, kdy mizí a znovu se objevuje za různých evolučních podmínek.“
„Spermie jsou nejrychleji se vyvíjejícím typem buněk,“ dodává Scott Pitnick, profesor biologie a hlavní autor studie. „Formuje je jedinečná výzva fungovat mimo tělo, ve složitém prostředí samičího pohlavního ústrojí.“
Přesah k lidské plodnosti i hubení škůdců
Přestože je výzkum zakořeněný v evoluční biologii, jeho dopady sahají mnohem dál. Zjištění by podle autorů mohla proměnit uvažování o plodnosti napříč živočišnou říší. Oplození podle Pitnicka připomíná spíše překážkovou dráhu než prostý závod a zahrnuje složité interakce mezi spermiemi a samičím ústrojím. Pochopení toho, jak spermie spolupracují nebo se spoléhají na sdílené struktury, by mohlo odhalit nové přístupy k lidským reprodukčním potížím.
Práce zároveň otevírá nové cesty v hubení škůdců. Vědci zkoumají, jak by šlo konjugace a SAM využít k narušení rozmnožování škodlivých druhů. Mezi ně patří invazní hmyz zvaný lucernice páskovaná (spotted lanternfly), rostoucí zemědělská hrozba ve státě New York a dalších východních státech USA.
Na rozdíl od jiných druhů spermie lucernice žádné spolupracující skupiny netvoří. Místo toho je každá spermie obalena silnou vrstvou SAM. „Jejich spermie jsou vysoce neobvyklé,“ říká Pitnick. „Nemají konjugaci, ale každá jednotlivá spermie je zcela zapouzdřena v tomto materiálu a my ani nevíme, jak se pohybují.“ Pokud je SAM pro rozmnožování klíčový, mohlo by jeho narušení posloužit jako vysoce cílená strategie hubení.
Zůstává otázka, proč spolupráce vůbec vzniká
Jedna otázka zůstává obzvláště zásadní: proč se spolupráce spermií vlastně vyvíjí? Současné hypotézy naznačují, že by mohla zlepšovat pohyb nebo pomáhat doručit důležité molekuly na konkrétní místa v pohlavním ústrojí. Ověřit tyto myšlenky je ale obtížné, částečně proto, že se spermie chovají jinak na sklíčku, kde je lze snadno pozorovat, než ve složitém prostředí samičího těla. Budoucí výzkum se proto zaměří na to, jak skupiny spermií fungují přímo uvnitř pohlavních systémů.
Překvapilo vás, že rozmnožování může být spíš o spolupráci než o soupeření? Napište nám, co si o tomto pohledu na plodnost a evoluci myslíte.
